Rapport d Analyse Structurale par Spectrométrie

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1 Rapport d Analyse Structurale par Spectrométrie Di Pascoli Thomas M1 VRV Principe actif n 51 : «métronidazole» 2-(2-methyl-5-nitro-1imidazolyl)éthanol 1

2 I. Introduction : Durant ces TP nous avons été amené à déterminer la structure d une molécule pharmaceutique inconnue sous forme de poudre, pour se faire nous avons eu recours à plusieurs types d analyses : - Des analyses de spectrométrie de masse : apple ESI (ElectroSpray Ionization), c est un système d HPLC (High Performance Liquid Chromatography) couplé à un spectromètre de masse qui ionise la molécule par un champ électrique intense. Solution (S1) de la molécule 51 à 1mg/mL dans de l acétonitrile. apple EI (Electron Ionization) qui est couplé à une GC (Gaz Chromatography) qui ionise la molécule par impact électronique et génère des fragments. Dilution de S1 au 20 ième (50µL/mL) dans de l acétate d éthyle. apple MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight) qui est une méthode d ionisation beaucoup plus douce et va donc générer peu de fragments. Solution (S2) à 5mg/200µL (100µL acétonitrile + 100µL DMSO) sur une matrice HCCA (acide alpha-cyano-4-hydroxycinnamique). - Des analyses de résonance magnétique nucléaire (RMN) : apple RMN 1D 1 H ; RMN 2D 1 H ; RMN 1D 13 C ; RMN 1D 13 C (DEPT 135 ) ; RMN 1D 13 C (DEPT 90 ). Les spectres RMN 1 H permettent de savoir combien de molécules d hydrogènes sont présentes dans notre molécule. La RMN 2D permet de mettre en évidence les couplages scalaires entre les protons. La RMN 13 C permet de déterminer le nombre de carbones, puis par Dept 135 d en déduire les CH2 (négatifs) et C quaternaires (non présents sur le spectre mais présents sur le spectre 1D 13 C). Enfin le Dept 90 nous permet de distinguer les CH et par conséquent les CH3 (présents en Dept135 mais pas en Dept90 ). Pour se faire nous avons préparé une solution à 20mg de molécule 51 dans 0,5mL de DMSO 2 D 6. - Une analyse par spectrométrie UV-visible : apple Une solution de la molécule 51 à 1mg/mL dans de l eau (soluble également dans l éthanol mais eau a été choisie). - Une analyse par spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) sur pastille de KBr : apple 3mg de poudre de la molécule 51 mélangé avec 200mg de KBr qui est comprimé en pastille et analysé. Les études des analyses présentées dans la suite ont permis de trouver la structure du composé 51 qui est le métronidazole. II. Résultats : 1. Spectrométries de masse : a) Détermination du pic moléculaire : Grâce aux différentes spectrométries de masses nous avons dans un premier temps pu déterminer le pic moléculaire de notre composé, en effet en ESI on voit un très fort pic à 172,0 pour m/z, en EI on observe un pic à 172,3 et à 172,06 en MALDI-TOF en mode (M+H + ). On peut donc déduire que la masse molaire du composé 51 est : 171,0 < PM 51 < 171,3 g/mol De cette masse impaire on peut en déduire que nous avons un nombre impair d azote (1 ou 3 au vu de la faible masse totale du composé). b) Détermination des fragments majoritaires : On peut grâce à l EI déterminer les fragments principaux : 172,3 ; 124,3 ; 80,3 ; 54,2 ; 42,3. Cette information permettra de confirmer notre molécule dans les bases de données car les fragments majoritaires sont spécifiques d une molécule donnée. 2

3 On peut également observer un fragment de 128,0 en ESI. c) Autres informations : Sur le spectre MALDI-TOF on voit des pics à 174 et 175, notamment le pic à 174 qui est en M+2 pourrait faire penser à la présence d un chlore dans la molécule mais en fait ces pics sont issus de la matrice, cela est bien visible lorsque qu on observe le spectre de la matrice. 2. Spectrométrie RMN : a) RMN 1D et 2D 1 H : On peut constater qu il y a 9 hydrogènes dans notre molécule, exprimés sous la formes de 5 pics (plus les pics du solvant DMSO), nous avons donc des équivalences. On observe en COSY que H2 couple avec H3 et H4, mais que H3 ne couple qu avec H2 et H4 ne couple qu avec H2, on peut en déduire que H2 doit être placé entre H3 et H4. b) RMN 1D 13 C ; 13 C(DEPT 135 ) ; 13 C(DEPT90 ) : On peut constater qu on à 6 pics (plus ceux du DMSO) donc 6 carbones au minimum, en superposant le Dept135 deux carbones ne sont pas présents et sont donc des carbones quaternaires (C5 et C6), on a aussi 2 pics négatifs à 2 CH2 (C2 et C3), puis avec Dept90 on voit qu on a un CH (C4) et un CH3 (C1) (présent sur dept135 en positif et absent en Dept90 ). c) Récapitulatif : Nom Déplacement chimique δ (ppm) Intégrale Multiplicité Constante de couplage J (Hz) Conclusions H1 2,46 3 s / 3H équivalents sans voisinage de protons, surement CH3 DMSO 2,50 1,2 qt / Solvant H2 3,68 2 dd 10,7 5,6 2H au voisinage de 3H non 2quivalents que sont H3 et H4 qui sont surement un CH2 et OH H3 4,35 2 t 5,5 2H déblindés avec 2H équivalents en voisinage à CH2-CH2 H4 5,01 1 t 5,3 H très déblindé au voisinage de 2H équivalents à CH2- OH très certainement H5 8,02 0,8 s / H sans voisinage de protons et très déblindé (encore plus que H4) C1 14,22 / s / CH3 dont H = H1 DMSO 39,50 / m / Solvant C2 48,24 / s / CH2 dont H = H3 puisque H2 avec C3 C3 59,73 / s / CH2 très déblindé donc les H = H2 C4 132,93 / s / CH dont H = H5 ou H4 mais H4 surement OH C5 138,37 / s / C quaternaire C6 151,91 / s / C quaternaire s : singulet ; t : triplet ; dd : doublet dédoublé ; qt : quintuplet ; m :multiplet 3

4 3. Spectrométrie UV-visible : On observe un pic faible à environ 319nm, cela peut indiquer que la molécule absorbe faiblement dans les UV ce qui indique que la molécule possède au moins 1 chromophore. 4. Spectrométrie IRTF sur KBr: Nombre d onde (cm -1 ) Intensité Remarque Conclusion F Très large, élongation Alcool primaire m élongation C-H aromatique m élongation CH v élongation C=C F 2 bandes, élongation NO m déformation OH F/m élongation C-N aromatique v déformation C-H aromatique F : fort ; m : moyen ; v : variable Grâce au spectre IRTF on peut confirmer la présence d un OH, comme suspecté précédemment, mais également de liaison C-N et C=C. On peut notamment noter la présence d un groupement nitro NO 2. Or on sais qu on ne peut pas avoir de nombre pair d azote puisque masse molaire de 171, donc il doit y avoir un 3 ième Azote. On peut aussi noter le fait qu on a surement un cycle très certainement multi-substitué. C5 C4 H5 C6 C1 H1 H2 H3 C3 H4 C2 4

5 III. Conclusion : A la vue des résultats précédents nous arrivons à 6 carbones, 9 hydrogènes 3 oxygènes et 3 azotes, cela correspond parfaitement puisque : (6 x x x x 3) = 171g/mol. On arrive donc à une formule brut de C6 H9 O3 N3. En croisant les informations déjà obtenues et des recherches sur la base de donnée «Spectral database for organic compounds SDBS» et sur la base de donnée du «NIST webbook», ainsi que dans l ouvrage «Clark s analysis of drugs and poisons» nous arrivons à retrouver la molécule qu est le métronidazole. 1. Dénomination : La molécule 51 est donc le métronidazole (DCI) ou: apple 2-Méthyl-5-nitroimidazole-1-éthanol apple 2-(2-methyl-5-nitro-1-imidazolyl)éthanol Son numéro CAS est le : CAS Masse exacte est : g/mol Elle existe dans plusieurs préparations pharmaceutiques : Anabact Elyzol Flagyl Metizol Metro Metrocream Metrogel Metrogyl Metrotop Metrolyl Metrozole Metryl Noritate Norzol Protostat Rozex Rozagel Trichozole Vaginyl Zadstat Zidoval Zyomet 2. Prescription et effet pharmacologique: Par voie orale, le métronidazole (Flagyl ) est utilisé comme antiparasitaire pour traiter les amibiases et les vaginites à Trichomonas. Il est également utilisé pour traiter les infections dues aux anaérobies (Clostridium et Bacteroides) et dans le traitement des artérites infectées et des gangrènes à l hôpital : apple Flagyl (métronidazole) 250, 500mg et solution Buvable : - trichomonas euro-génitale : adulte, 500mg/j en 2 prises pendant 10 jours ; - amibiase : adulte, 1,5g/j ; enfant 30 à 40mg/kg/j en 3 prises pendant 7 jours ; - lambliase : adulte, 750mg à 1g pendant 5 jours ; enfant de moins de 5ans, 250mg/j pendant 5 jours ; - infections à germes anaérobies : adulte, 1 à 1,5g/j ; enfant, 20 à 30mg/kg/j en 3 prises. apple Birodogyl (spiramycine, métronidazole). En usage externe, le métronidazole (Rozex, Rozagel ) crème ou gel est utilisé contre la rosacée, la couperose, les éruptions cutanées sur le visage. Le métronidazole est absorbée sélectivement par des bactéries anaérobies et les protozoaires sensibles, il réagit avec la ferrédoxine réduite, qui est générée par la pyruvate oxydo-réductase. Cette réduction entraîne la production de produits toxiques pour les cellules. Ces métabolites attaque l'adn bactérien, et forme des molécules instables. Cette fonction se produit uniquement lorsque le métronidazole est partiellement réduit, et parce que cette réduction se produit généralement que dans les cellules anaérobies, il a relativement peu d'effet sur les cellules humaines ou des bactéries aérobies. IV. Bibliographie : apple The Aldrich library of FT-IR spectra :Vol.1. ; 1985 par Charles J. Pouchert (Aldrich ChemicalCo). apple Clarke s analysis of drugs and poisons : In Pharmaceuticals, Body Fluids and Postmortem Material. par A.C. Moffat, M.D. Osselton, E.G.C. Clarke, B. Widdop, L.Y. Galichet. apple Structure determination of organic compounds: tables of spectral data ; 4th revised and enlarged edition. ; 2009 par E. Pretsch, P. Bühlmann, C. Affolter (Springer, cop. 2009). apple apple apple apple apple 5

6 V. Annexes : 1. Spectres de masses : a) LC-MS-ESI (Positive): b) GC-MS-EI : 6

7 c) MS-MALDI-TOF : d) Matrice HCCA MALDI-TOF : 7

8 2. Spectres RMN : a) 1D 1 H : H5 H4 H3 H2 H1? DMSO H5 H4 H3 H2 H1 DMSO 8

9 b) 2D 1 H : H5 H4 H3 H2? H1 H1? H2 H3 H4 H5 9

10 c) 1D 13 C + 13 C(DEPT 135 ) + 13 C(DEPT 90 ) Molécule 51 (DEPT 90) Molécule 51 (DEPT 135) Molécule 51 (1D 13C) C quaternaire CH CH2 DMSO CH3 10

11 3. Spectre UV-visible : 11

12 4. Spectre IRTF : 12